專利名稱：鍵合銀絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍵合銀絲并涉及其制備方法。
(二) 、背景技術(shù)鍵合絲(Bonding Wires)作為一個(gè)產(chǎn)品族(Product Family)是半導(dǎo)體封裝的關(guān)鍵材料之一，它的功能是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片與引腳的電 連接，起著芯片與外界的電流導(dǎo)入及導(dǎo)出作用。鍵合絲目前主要由金絲和鋁絲 及銅絲組成，其中鋁絲僅限于低檔的玩具電路，金絲則占有中高產(chǎn)品，超過(guò)總 的80%的份額。近年來(lái)黃金價(jià)格的持續(xù)走高，促使金絲替代品的發(fā)展，包括銅絲、 金銀合金絲等，其中銅絲己經(jīng)較為成熟，并且開(kāi)始應(yīng)用，但由于其易氧化和硬 度較大等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了器件的可靠性和效率，故雖然從八十年代就開(kāi)始探 討，生產(chǎn)制造和使用技術(shù)也都有了很大的改進(jìn)，但到現(xiàn)在還只限于分離器件等 低檔產(chǎn)品的批量應(yīng)用。
(三) 、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種鍵合銀絲 及其制備方法，通過(guò)合金技術(shù)來(lái)改進(jìn)其材料性能，來(lái)接近或達(dá)到金絲的要求， 使其可以真正應(yīng)用于集成電路等高級(jí)封裝中，以部分或全部取代金絲。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
一種鍵合銀絲，其特征在于由以下組分組成Cu 0.30%-0.80%， Ce 0.20%-0.50%， Pd0.05%-0.09%，余量為Ag。
所述的鍵合銀絲的制備方法，其特征在于經(jīng)過(guò)以下步驟制備而成
a. 銀原料選擇99.999%以上的高純銀，或選擇提純工藝，將高純銀純度 由初始的99.95%-99.99%去除雜質(zhì)，達(dá)到99.999%以上的高純銀；
b. 熔鑄在99.999%的高純銀中按比例加入所述的各種金屬，經(jīng)過(guò)預(yù)合金、母合金和連續(xù)拉鑄工藝，熔鑄成圓棒；
C.拉絲將圓棒通過(guò)拉絲機(jī)拉成絲線；
d. 退火；
e. 機(jī)械性能檢測(cè)；
f. 繞線將絲線分繞成不同長(zhǎng)度的小軸。 本發(fā)明的積極效果如下。
鍵合銀絲與金和銅鍵合絲相比較，(1)、銀的導(dǎo)電性比金和銅都好；(2)、 銀的剛性(強(qiáng)度)適中，比金好，低于銅；(3)、銀的抗氧化性不如金，但比銅好; (4)、銀的硬度與金基本相同，但低于銅絲。
現(xiàn)在銅絲替代金絲的使用過(guò)程中，最大的問(wèn)題， 一個(gè)是抗氧化性差，影響 器件的可靠性和效率，并增加了生產(chǎn)和使用成本；另外一個(gè)問(wèn)題是硬度太大， 容易造成芯片的損壞，大大影響了成品率；而銀線的抗氧化性優(yōu)于銅線，硬度 又低于銅線，所以從綜合性能上看，銀線相對(duì)于銅線更有優(yōu)勢(shì)，并且強(qiáng)度略高 于金，更適合高密度、小型化封裝的需要；故從材料性能上看，銀絲也更接近 于金線；另外，從成本上來(lái)看，雖然銀價(jià)格上高于銅，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金。
影響銀鍵合絲最主要的問(wèn)題是鍵合時(shí)銀鋁擴(kuò)散過(guò)快，造成焊點(diǎn)的中間化合 物過(guò)厚，影響導(dǎo)電性和可靠性；本發(fā)明在高純銀材料的基礎(chǔ)上，采取多元摻雜 合金，加入其他成分，減少金屬化合物的形成，同時(shí)阻止了界面氧化物和裂紋 的產(chǎn)生，降低了結(jié)合性能的退化，使結(jié)合性能和金絲一樣穩(wěn)定，從而提高了結(jié) 合性能、導(dǎo)電性和抗氧化性；并通過(guò)控制熔鑄、加工、熱處理?xiàng)l件，進(jìn)一步優(yōu) 化組織結(jié)構(gòu)，保證得到合適的機(jī)械性能，以滿足不同的需要，能夠真正應(yīng)用于 集成電路等高級(jí)封裝中，部分或全部取代金絲。


圖l是本發(fā)明自由燒球形狀圖。圖2是本發(fā)明鍵合成弧排列圖，可見(jiàn)線弧沒(méi)有問(wèn)題。
圖3是本發(fā)明銀球TEM結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明銀鋁界面TEM結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明銀銅楔焊結(jié)合剖面圖。
圖6是本發(fā)明銀鋁球焊結(jié)合剖面圖。
圖7是本發(fā)明銀鋁擴(kuò)散層剖面(200°C 500hr)圖。
圖8是本發(fā)明20CTC老化后的剪切試驗(yàn)圖。
圖9是本發(fā)明25(TC老化后的剪切試驗(yàn)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。 實(shí)施例一
原料配比CuO.30%, Ce0.50%， Pd0.05%%，以Ag配至100。/。。 制備方法a.銀原料選擇99.999%以上的高純銀，或選擇提純工藝，將 高純銀純度由初始的99.95%-99.99%去除雜質(zhì)，達(dá)到99.999%以上的高純銀；
b. 熔鑄根據(jù)不同型號(hào)及客戶的要求將99.999%的高純銀，加入各種合金， 經(jīng)過(guò)預(yù)合金、母合金和連續(xù)拉鑄工藝，熔鑄成圓棒，以滿足下一步工藝要求；
c. 拉絲將銀棒通過(guò)拉絲機(jī)拉成不同直徑的絲線；
d. 退火根據(jù)客戶的不同要求，設(shè)定不同的退火參數(shù)，消除應(yīng)力，并得到 滿足要求的機(jī)械性能；
e. 機(jī)械性能檢測(cè)檢査產(chǎn)品是否符合要求；
f. 繞線根據(jù)客戶的不同要求將銀絲分繞成不同長(zhǎng)度的小軸；
g. 最終檢驗(yàn)表面、直徑、放線、應(yīng)力、機(jī)械性能、長(zhǎng)度等檢測(cè)；
. 包裝。 實(shí)施例二原料配比Cu0.80%， Ce0.20%%， Pd0.09%，以Ag配至1000/0。
制備方法同實(shí)施例一。 實(shí)施例三
原料配比Cu0.60%， Ce0.40%， Pd0.07。/0，以Ag配至1000/。。 制備方法同實(shí)施例一。
對(duì)實(shí)施例三成品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表l、表2。
由表1可知，本發(fā)明的合金絲更接近金鍵合絲的形成金屬間化合物的速度。 由表2可知，本發(fā)明的合金絲接近金鍵合絲的各項(xiàng)機(jī)械性能，并能夠滿足集 成電路等高級(jí)封裝的鍵合要求。
表l 形成金屬間化合物的速度
與Al形成10 rai金屬間化合物<20(TC)所需時(shí)間
Au-AIAg陽(yáng)AICu-AI
現(xiàn)有金屬0.25s0.15s17s
本發(fā)明的Ag合金0.18s
表2 本發(fā)明的銀鍵合絲與現(xiàn)有金鍵合絲的機(jī)械性能對(duì)比表直徑(Wn)斷裂負(fù)3待(g)延伸率(％)金(4N)銀金(4N)銀
182.5-44.2-4.32-52.6-5.5
203-54.6-4.72-52.2-5.6
235-75.9-6.12-62.2-5.3
257-97.7-8.22-83.5-8.3
3010-1312.3-12.82-83.3-9.2
3816-1921.8-22.23-104.7-13.2
5030-3437.5-38.33-105.3-14.5
其中，表l數(shù)據(jù)的檢測(cè)條件是SE:KBSI-LEO 1455VP; EHT-20.00KV WD=10MM; Mag=2.00kx ; Spot Size=230。
表2斷裂負(fù)荷和延伸率的檢測(cè)條件是Sample Length: 10mm; Pull Speed: lOmm/min; M/C: Istron 4301。
由圖3可見(jiàn)，成球微觀結(jié)構(gòu)良好。由圖4可見(jiàn)，焊接微觀結(jié)構(gòu)良好。 由圖5可見(jiàn)，尾焊結(jié)合良好。 由圖6可見(jiàn)，球焊結(jié)合良好。 由圖7可見(jiàn)，擴(kuò)散檢測(cè)良好。 由圖8、 9可見(jiàn)，焊接良好。
權(quán)利要求
1、一種鍵合銀絲，其特征在于由以下組分組成Cu 0.30％-0.80％，Ce0.20％-0.50％，Pd 0.05％-0.09％，余量為Ag。
2、 如權(quán)利要求1所述的鍵合銀絲的制備方法，其特征在于經(jīng)過(guò)以下步驟制 備而成a. 銀原料選擇99.999%以上的高純銀，或選擇提純工藝，將高純銀純度 由初始的99.95%-99.99%去除雜質(zhì)，達(dá)到99.999%以上的高純銀；b. 熔鑄在99.999%的高純銀中按比例加入所述的各種金屬，經(jīng)過(guò)預(yù)合金、 母合金和連續(xù)拉鑄工藝，熔鑄成圓棒；c. 拉絲將圓棒通過(guò)拉絲機(jī)拉成絲線；d. 退火；e. 機(jī)械性能檢測(cè)；f. 繞線將絲線分繞成不同長(zhǎng)度的小軸。
全文摘要
本發(fā)明是一種鍵合銀絲及其制備方法，由以下組分組成Cu 0.30％-0.80％，Ce 0.20％-0.50％，Pd 0.05％-0.09％，余量為Ag。本發(fā)明在高純銀材料的基礎(chǔ)上，采取多元摻雜合金，加入其他成分，減少金屬化合物的形成，同時(shí)阻止了界面氧化物和裂紋的產(chǎn)生，降低了結(jié)合性能的退化，使結(jié)合性能和金絲一樣穩(wěn)定，從而提高了結(jié)合性能、導(dǎo)電性和抗氧化性；并通過(guò)控制熔鑄、加工、熱處理?xiàng)l件，進(jìn)一步優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，保證得到合適的機(jī)械性能，以滿足不同的需要，能夠真正應(yīng)用于集成電路等高級(jí)封裝中，部分或全部取代金絲。
文檔編號(hào)H01L23/49GK101626005SQ200910017009
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者良 林 申請(qǐng)人:煙臺(tái)一諾電子材料有限公司